Nghiên cứu công nghệ LTE và các giải pháp ứng dụng triển khai LTE trên mạng lưới mobifone

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM VĂN BÍCH Phạm Văn Bích KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG TRIỂN KHAI LTE TRÊN MẠNG LƢỚI MOBIFONE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Viễn thông 2014B Hà Nội – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Văn Bích NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG TRIỂN KHAI LTE TRÊN MẠNG LƢỚI MOBIFONE Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Viễn thông NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM VĂN TIẾN Hà Nội – Năm 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Phạm Văn Bích Đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ LTE giải pháp áp dụng triển khai LTE mạng lƣới Mobifone Chuyên ngành:Kỹ thuật Viễn thông Mã số SV: CB140233 Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/10/2016 với nội dung sau: - Đã sửa chữa lỗi tả luận văn - Đã bổ sung thêm phần mở đầu, kết luận chƣơng - Đã bổ sung thêm trích dẫn tài liệu tham khảo - Đã trình bày luận văn theo hình thức quy định Ngày Giáo viên hƣớng dẫn TS Phạm Văn Tiến tháng năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Văn Bích CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Vũ Văn Yêm Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Mục Lục LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 LỜI NÓI ĐẦU 12 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LTE VÀ LTE-A 14 1.1 Mở đầu chƣơng: 14 1.2 Tổng quan công nghệ LTE LTE-A 14 1.3 Cấu trúc mạng LTE: 16 1.3.1 Sơ đồ cấu trúc mạng LTE 16 1.3.2 Các thành phần, chức mạng lõi EPC: 16 1.4 Cấu trúc kênh giao diện vô tuyến 19 1.4.1 Kênh logic: bao gồm kênh lƣu lƣợng kênh điều khiển 19 1.4.2 Kênh vận chuyển 20 1.4.3 Kênh vật lý 21 1.4.4 Báo hiệu vật lý 21 1.5 Kênh truyền tải LTE chất lƣợng dịch vụ QoS 22 1.6 Các giao diện LTE 25 1.7 Các thủ tục hệ thống LTE 26 1.7.1 Thủ tục tìm kiếm mạng (Cell Searching) 26 1.7.2 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (Random Access) 26 1.7.3 Thủ tục điều khiển tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Control) 27 1.7.4 Thủ tục thiết lập kênh truyền tải mặc định truy nhập ban đầu 28 1.7.5 Kích hoạt lại kết nối RRC 31 1.7.6 Thủ tục yêu cầu kênh dành riêng 33 1.7.7 Thủ tục chuyển giao LTE 34 1.7.8 VoLTE 39 1.8 Mặt phẳng điều khiển EPS 39 Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1.9 Mặt phẳng ngƣời dùng: 41 1.10 Công nghệ thông tin di động LTE Advanced 42 1.10.1 Tổng quan LTE Advanced 42 1.10.2 Công nghệ ghép nhiều tần số sóng mang 42 1.10.3 Công nghệ MIMO bậc cao 44 1.10.4 Trạm phát lặp 44 1.10.5 Tính phối hợp hoạt động đa điểm 45 1.11 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ LTE TRÊN MẠNG MOBIFONE 47 2.1 Mở đầu chƣơng 47 2.2 Tổng quan mạng 2G, 3G Mobifone 47 2.2.1 Hiện trạng mạng lƣới 2G mạng Mobifone 47 2.2.2 Hiện trạng mạng lƣới 3G 49 2.2.3 Các phần tử mạng bổ sung để triển khai mạng LTE 51 2.3 Giải pháp triển khai LTE mạng Mobifone 52 2.3.1 Giải pháp triển khai LTE băng tần 1800 (LTE 1800) 52 2.3.2 Phƣơng án chuyển lƣu lƣợng 2G tái quy hoạch tần số 2G 1800 53 2.4 Kết triển khai thử nghiệm thực tế công nghệ LTE mạng Mobifone56 2.5 Kết luận chƣơng 61 CHƢƠNG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO TỐI ƢU VÀ MÔ PHỎNG BẰNG PHỀM MỀM NS3 62 3.1 Mở đầu chƣơng 62 3.2 Quá trình chuyển giao giao diện X2 theo thuật toán A3 62 3.3 X y dựng thuật toán chuyển giao tối ƣu giao diện X2 62 3.4 Mô thuật toán chuyển giao tối ƣu phần mềm NS3 66 3.5 Kết mô đạt đƣợc 66 3.6 Phân tích kết mô phỏng: 71 3.7 Kết luận chƣơng 72 KẾT LUẬN 73 Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC MÃ CODE MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM NS3 76 Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn tìm hiểu, nghiên cứu viết Tất đƣợc thực cẩn thận có định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng số thông tin, tài liệu từ nguồn sách, tạp chí đƣợc liệt kê danh mục tài liệu tham khảo Tôi xin chịu trách nhiệm với nội dung trình bày luận văn Tác giả Phạm Văn Bích Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 2G 2nd Generation of Mobile Telephone Systems (GSM) 3G 3G 3rd Generation of Mobile Telephone Systems (UMTS) 3GPP 3GPP 3rd Generation Partnership Project 4G 4th Generation of Mobile Telephone Systems (LTE) AAA Authorization, Authentication, Accounting AMPS Advanced Mobile Phone System ARPU Average Revenue Per User ATCA Advanced Telecommunications Computing Architecture BCCH Broadcast Control Channel BCH Broadcast Channel BER Bit Error Ratio CCCH Common Control Channel CDMA Code Division Multiple Access CDMA2000 Code Division Multiple Access (3G standard competing to WCDMA and mainly used in US and parts of Asia and Africa) CP Content Provider D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone Service DCCA Diameter Credit Control Application DPI DCCH Dedicated Control Channel DC-HSDPA Dual Carrier or Dual Cell High-Speed Downlink Packet Access DC-HSUPA Dual Carrier or Dual Cell High-Speed Uplink link Packet Access DL-SCH Downlink Shared Channel DPI Deep Packet Inspection DTCH Dedicated Traffic Channel EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution EMM EPS Mobility Management eNodeB Base Station in LTE EPC EPC Evolved Packet Core eUTRAN Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật EPS Enhance Packet Service eUTRAN Evolved UTRAN eLAA Enhanced License Assisted Access FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access Flexi NG Flexi Network Gateway Gbps GGSN Gateway GPRS Support Node GPRS General Packet Radio System / Service GW GSM Global System for Mobile Telecomumination Gx Gx Interface between P-GW and PCRF Gxc Interface between S-GW and PCRF HARQ hybrid Automatic Repeat Request HLR Home Location Register HSDPA High-Speed Downlink Packet Access HSPA High Speed Packet Access HSPA+ Evolved High Speed Packet Access HSS Home Subscriber server I-HSPA Internet - High Speed Packet Access IP IMS IP Multimedia subsystem IP Internet Protocol ISSU In-service Software Upgrade LTE Long Term Evolution (or 4G mobile networks) LTE-A LTE Advance MAC Medium Access Control MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service MCCH Multicast Control Channel MCH Multicast Channel Mcps Mega chip per second MIMO Multiple Input Multiple Output Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MME Mobility Management Entity MMS Multi-media Message Service MPP Multi-core Packet Processor MSC Mobile Switching Center MTCH Multicast Traffic Channel NAS Non Access Strum NMT Nordic Mobile Telephone OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing OMA Operation and Maintenance Agent OPEX Operational Expenditure / Operating Expense OSI PBCH Physical Broadcast Channel PCCH Paging Control Channel PCFICH Physical Control Format Indicator Channel PCH Paging Channel PCRF Policy and Charging Rules Function PDCCH Physical Downlink Control Channel PDCP Packet Data Convergence Protoco PDN Packet Data Network PDSCH Physical Downlink Shared CHannel PGW Packet Data Network PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel PMCH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel PRACH Physical Random Access Channel PUCCH Physical Uplink Control Channel PUSCH Physical Uplink Shared Channel QoS Quality of Service RACH Random Access Channel RAN Radio Access Network RNC Radio Network Controller (in 3G or UMTS) Rx Phạm Văn Bích - CB140233 Page 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN Hiện giới có 521 mạng 4G LTE thƣơng mại hóa với số lƣợng thuê bao 4G toàn cầu 1,453 tỷ thuê bao Số liệu cho thấy việc triển khai 4G LTE giới đạt độ chín muồi Đ y thời điểm thích hợp để Việt Nam triển khai 4G Nội dung luận văn nghiên cứu, tìm hiểu sâu công nghệ 4G LTE LTE Advance, giải pháp kết triển khai thử nghiệm thực tế công nghệ LTE mạng Mobifone Luận văn đƣa mô thuật toán chuyển giao giao diện X2 phần mềm NS3 giúp ngƣời đọc, kỹ sƣ viễn thông nắm vững công nghệ LTE để từ thực tối ƣu hóa mạng 4G, nâng cao chất lƣợng dịch vụ ngƣời dùng Phạm Văn Bích - CB140233 Page 73 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT Do thời gian có hạn nên trình mô chuyển giao giao diện X2 đơn giản, hƣớng phát triển luận văn cần thêm nội dung sau: - Phân tích thông số mô hình truyền sóng, phổ tín hiệu ảnh hƣởng fađing, nhiễu nền,… trình chuyển giao X2 - Kết hợp mô chuyển giao giao diện X2 giao diện S1, đƣa giải pháp làm giảm số lƣợng báo hiệu, tăng băng thông từ tăng hiệu mạng 4G áp dụng cho mạng Mobifone nói riêng mạng 4G nói chung - Nghiên cứu công nghệ 5G để từ ph n tích đƣa giải pháp bổ sung thiết bị dựa tảng 4G sẵn có, tạo bƣớc đệm cho phát triển mạng di động Việt Nam thời gian tới Phạm Văn Bích - CB140233 Page 74 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO Công ty Thông tin di động, 2011, đề tài nghiên cứu thủ tục giao diện sử dụng mạng LTE, Hà Nội Global service (2015), LTE L15 Protocols and Procedures, Ericson AB, SE-164 80 Stockholm Global service (2015), LTE L15 Air Interface, Ericson AB, SE-164 80 Stockholm http://gsacom.com/paper/lte-subscriptions-regional-shares-q2-2016/ https://www.nsnam.org/docs/models/html/lte-user.html 6.http://gsacom.com/paper/gsa-snapshot-lte1800-global-status-network-launchesuser-devices-ecosystem/ http://slideplayer.com/slide/9363657/ http://www.sharetechnote.com/html/LTE_Advanced_CoMP.html http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/101-carrier-aggregationexplained 10 http://lteworld.org/blog/introduction-relay-nodes-lte-advanced 11 https://www.nsnam.org/doxygen/lena-x2-handover-measures_8cc_source.html 12 https://www.tutorialspoint.com/lte/lte_basic_parameters.htm 13.http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-termevolution/lte-ofdm-ofdma-scfdma.php 14 http://www.3gpp.org/IMG/pdf/lte_advanced_v2.pdf Phạm Văn Bích - CB140233 Page 75 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật PHỤ LỤC MÃ CODE MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM NS3 #include "ns3/radio-bearer-stats-calculator.h" #include "ns3/lte-global-pathloss-database.h" #include #include #include #include #include #include "ns3/netanim-module.h" #include "ns3/core-module.h" #include "ns3/network-module.h" #include "ns3/internet-module.h" #include "ns3/mobility-module.h" #include "ns3/lte-module.h" #include "ns3/applications-module.h" #include "ns3/point-to-point-module.h" #include "ns3/config-store-module.h" #include "ns3/buildings-helper.h" #include "ns3/hybrid-buildings-propagation-loss-model.h" #include #include #include "ns3/config-store.h" #include #include //#include "ns3/gtk-config-store.h" using namespace ns3; NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("Ban tin Handover X2 interface"); void ThietlapketnoiUE (std::string context, Phạm Văn Bích - CB140233 Page 76 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật uint64_t imsi, uint16_t cellid, uint16_t rnti) { std::cout EnableDlRxPhyTraces(); lteHelper->EnableDlRxPhyTraces(); Ptr rlcStats = lteHelper->GetRlcStats (); rlcStats->SetAttribute ("EpochDuration", TimeValue (Seconds (1.0))); Ptr pdcpStats = lteHelper->GetPdcpStats (); pdcpStats->SetAttribute ("EpochDuration", TimeValue (Seconds (1.0))); // Tao RRC connection establishment and tao thong bao HO Phạm Văn Bích - CB140233 Page 86 2014B - KTVT Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Config::Connect ("/NodeList/*/DeviceList/*/LteEnbRrc/ConnectionEstablished", MakeCallback (&ThietlapketnoiEnodeB)); Config::Connect ("/NodeList/*/DeviceList/*/LteUeRrc/ConnectionEstablished", MakeCallback (&ThietlapketnoiUE)); Config::Connect ("/NodeList/*/DeviceList/*/LteEnbRrc/HandoverStart", MakeCallback (&BatdauchuyengiaoEnodeB)); Config::Connect ("/NodeList/*/DeviceList/*/LteUeRrc/HandoverStart", MakeCallback (&BatdauchuyengiaoUE)); Config::Connect ("/NodeList/*/DeviceList/*/LteEnbRrc/HandoverEndOk", MakeCallback (&ChuyengiaothanhcongEnodeB)); Config::Connect ("/NodeList/*/DeviceList/*/LteUeRrc/HandoverEndOk", MakeCallback (&chuyengiaothanhcongUE)); Simulator::Stop (Seconds (T_mophong)); AnimationInterface anim ("Chuyen Giao tren Giao dien X2.xml"); //anim.SetConstantPosition (enbNodes.Get(0), 100.0, 100.0); anim.SetConstantPosition (enbNodes.Get(0), 0, 1000.0); anim.SetConstantPosition (enbNodes.Get(1), 1000.0, 1000.0); anim.SetConstantPosition (remoteHostContainer.Get(0),200,0); //anim.SetConstantPosition (remoteHostContainer.Get(1),400,0); anim.AnimationInterface::EnablePacketMetadata(true); Simulator::Run (); Simulator::Destroy (); return 0; } Phạm Văn Bích - CB140233 Page 87 2014B - KTVT ... 2: Các giải pháp kết triển khai thử nghiệm công nghệ LTE mạng Mobifone Chƣơng tác giả phân tích công nghệ mạng 2G, 3G tại, đƣa giải pháp công nghệ triển khai mạng Mobifone kết triển khai công nghệ. .. triển khai 4G thành công thƣơng mại hóa toàn quốc có cấp phép tần số thức Lý chọn đề tài Nghiên cứu công nghệ LTE giải pháp áp dụng triển khai LTE mạng lƣới Mobifone vì: Thứ công nghệ LTE công. .. mạng Mobifone 47 2.2.2 Hiện trạng mạng lƣới 3G 49 2.2.3 Các phần tử mạng bổ sung để triển khai mạng LTE 51 2.3 Giải pháp triển khai LTE mạng Mobifone 52 2.3.1 Giải pháp triển